一、企业群集应用概述

1、为什么需要使用集群？

雪崩

当没有做负载均衡的时候，nginx服务器将动态请求代理到Tmocat上，但是每个Tomcat的请求次数是有限的，如果超过请求的次数，那么Tomcat服务器就会出现崩溃，造成雪崩的情况。

群集的含义

• Clister，集群、群集
• 由多台主机构成，但对外值表现为一个整体，只提供一个访问入口（域名与ip地址）；相当于一台大型计算机。

为什么需要使用群集？

互联网应用中，随着站点对硬件性能、相应速度、服务器稳定性，数据可靠性要求越来越高，单台服务器已经无法满足负载均衡及高可用的要求。

解决办法

• 使用价格昂贵的小型机、大型机

• 使用普通服务器构建服务群集

2、企业群集分类

2.1 根据群集所针对的目标差异，可分为三种类型

• 负载均衡群集： 通过负载均衡、分流策略进行。
• 高可用群集 ： HA表示高可用，使用的VRRP协议，可以做到冗余、备份、缓解解决了单点故障
  • VRRP协议就运用到了冗余、备份，解决单点故障的
  • VRRP的特点： ①根据优先级选出主-备关系。②主-备之间，可以以ping的方式检测对方的心跳。③当主异常，优先级下降，并低于备的优先级，VIP地址进行漂移。
  • VIP特性： ①只会存在同一个热备组中优先级最高的设备上。②可以进行漂移
  • VIP好处： 因为是虚拟ip。可以保护后端的真实ip。
• 高性能运算群集： 微服务，将一个应用拆分为一个个模块，进行分别处理。

2.2 三种类型介绍

负载均衡群集（Load Balance Cluster）----简称：LB

• 提高应用系统的响应能力，尽可能处理更多的访问请求，减少延时为目标，获得高并发、高负载（LB）的整体性能。
• LB的负载分配依赖于主节点的分流算法。
  • 以nginx和2个tomcat组合举例：当第一批客户端访问nginx动态时，使用负载均衡，将客户访问页面请求平均分发到两个tomcat上，过了一段时间有第二批客户来访，此时第一批某些客户访问结束，但是两个tomcat所剩的连接数不一定是一样的，那么此时第二批客户的请求分发时，就不能再使用第一次以轮询的方式分发，而是根据后台tomcat连接数进行分发。

高可用群集（High Availability Cluster）----简称：HA

• 提高应用系统的可靠性、尽可能的减少终端时间为目标，确保服务的连续性，达到高可用（HA）的容错效果。
• HA的工作方式包括双工和主从两种模式

高性能运算群集（High Performance Computer Cluster）

• 提高应用系统的CPU运算速度，苦战硬件资源和分析能力为目标，获得相当于大型、超级计算机的高性能运算（HPC）能力
• 高性能依赖于“分布式运算”、“并行计算”，通过专用硬件和软件将多个服务器的CPU、内存等资源整合在一起，实现只有大型、超级计算机才具备的计算能力。

二、负载均衡群集架构

1、负载均衡的结构

• 第一层：负载调度器（Load Balancer 或 Director）
• 第二层：服务器池（Server Pool）
• 第三层：共享存储（Share Storage）

2、负载均衡集群工作模式分析

负载均衡群集是目前企业用的最多的群集类型

群集的负载调度技术有三种工作模式

• 地址转换： NAT地址映射
• IP隧道： 隧道模式叠加网络
• 直接路由 ： DR

3、NAT模式（地址转换）

• NetworkAddress Translation ，简称NAT模式

• 类似于防火墙的私有网络结构，负载调度器作为所有服务器节点的网关，即作为客户机的访问 入口 ，也是各节点回应客户机的访问 出口 。

• 服务器节点使用私有IP地址，与负载调度器位于同一个物理网络，安全性要优于其它两种方式。

4、TUN模式（IP隧道）

• IP Tunel。简称TUN模式

• 采用开放式的网络结构，负载调度器仅作为客户机的访问 入口 ，各节点通过各自的internet连接直接回应客户机，而不再经过负载的调度器。

• 服务器节点分散在互联网中的不同位置，具有独立的公网IP地址哦，通过专用IP隧道与负载调度器相互通信

5、DR模式（直接路由）

• Direct Routing，简称DR模式

• 采用半开放式的网络结构，与TUN的结构类似，但各节点并不是分散在各地，而是与调度器位于同一物理网络

• 负载调度器与各节点服务器通过本地网络连接，不需要建立专用的IP隧道。

三、LVS虚拟服务器

1、Linux Virtual Server

• 针对Linux内核的负载均衡解决方案
• 1998年5月，由我国的章文嵩博士创建

使用场景

工作位置

• 单台LVS服务器的话：LVS只做LB负载调度器，那么工作再4层，并且工作再4层的LVS负载均衡能在LVS、Nginx、Apache、Haproxy几个常用的负载均衡器中时最强的，而且在K8S中，默认的负载均衡技术就是LVS。

• 如果作为HA高可用的负载均衡，LVS+keepalived，那么工作再4层和7层

2、LVS负载调度算法

轮询（Round Robin）-----简称：RR

• 将受到的访问请求按照顺序轮流分配给群集中的各节点（真实服务器），均平等对待每一台服务器，而不管服务器实际的连接数和系统负载。

加权轮询（Weighted Round Robin）简称：WRR

• 根据调度器设置的权重值来分发请求，权重高的节点优先获得任务，分配的请求数越多。
• 保证性能力强的服务器承担更多的访问流量。

最小连接（Least Connections）

• 根据真实服务器已建立的连接数进行分配，将收到的访问请求优先分配给连接最小的节点。

加权最小连接（Weighted Least Connections）

• 在服务器节点的性能差异较大时，可以为真实服务器自动调整权重
• 性能较高的节点将承担更大比例的活动连接接负载

轮询和最小连接的区别

• 轮询分配时，他不管后台的连接数有多少，它只是按照轮询的方式进行分配。加权轮询可手动提高服务器的分配的次数。

• 最小连接分配时，它考虑的时后台连接数的多少，它会先将访问请求分给最小连接的后台服务器。加权最小连接可以自动将最小连接的数量的服务器补全，变成和其它服务器一样的连接数，再进行分配。

3、LVS的管理工具ipvsadm

ipvs（ip virtual servcer）：LVS是基于内核态的netfilter 框架实现的IPVS功能，工作在内核态。用户配置VIP等相关信息并传递到IPVS就需要用得到ipvsadm工具。

ipvsadm ：ipvsadm是LVS用户态的配套工具，可以实现VIP和RS的增删改查功能，是基于netlink或raw socket方式与内核LVS进行通信的，如果LVS类比喻netfilter，那ipvsadm就是类似于iptables工具的地位。

作用：

• 主要用于服务器的负载均衡
• 工作在网络层，可实现高性能，高可用的服务器群集技术
• 廉价，可把许多低性能的服务器组合在一起形成一个超级服务器
• 易用，配置简单，有多种负载均衡的方法。
• 稳定可靠，即使在集群的服务器中某台服务器无法正常工作，也不影响整体效果。
• 可扩展性好。

3.1 lvs相关术语

3.2 ipvsadm工具的选项